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多元宇宙弦理论,对撞黑洞引力波--《再济沧海》(39)

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发表于 2016-3-23 17:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
玛格丽特,哥本哈根,物理学家,二次大战,话剧演出 多元宇宙弦理论,对撞黑洞引力波--《再济沧海》(39) image.png

2016年2月11日,美国物理学家宣布首次检测到了太空引力波,这条消息轰动了整个世界,一时间天体物理成了各种媒体的热点,引力波科普纷纷出笼,我跟老公也不例外地受到引力波的冲击。


“量子物理”是清华无线电系的必修课,我上大学时对所学专业毫无兴趣,这门课勉强混个及格,很庆幸毕业后的工作不再被繁杂公式和抽象概念所折磨,把所学的知识一股脑的全扔回给老师了。没想到几十年后又跟量子物理不期而遇,2002年悉尼上演了一出话剧《哥本哈根》,讲的是量子物理泰斗级人物波尔和海森伯格的故事。德国犹太物理学家海森伯格(矩阵理论)是丹麦物理学家波尔(波尔定律)的得意门生,二次大战期间两人在哥本哈根有一次很长的谈话,他们在森林里边走边谈,回来后情绪都很激动,海森伯格匆匆离去,从此师生再也没有见过面。他们谈了什么?是什么原因导致师生关系破裂?话剧演出了三种可能的情形。整个话剧只有三个演员,波尔、夫人玛格丽特和海森伯格,剧中有大量关于量子力学的对白,我听着似是而非,马上买了一本《伟大的物理学家》恶补波尔和海森伯格的物理贡献。这次我是真的感兴趣了,可惜已经忘记了如何做物理公式的数学推导,真后悔大学时没有认真学,多么奇妙的物理世界,当时怎么会没有兴趣呢?!
玛格丽特,哥本哈根,物理学家,二次大战,话剧演出 多元宇宙弦理论,对撞黑洞引力波--《再济沧海》(39)
在悉尼休航期间美国理论物理学家布莱恩·格林(Dr. Brian Greene)来澳洲巡回讲座,我跟老公第一时间买了票。分享会(An Evening with Dr. Brian Greene)太精彩了,格林博士就是个人精啊!他十七岁考进哈佛,以罗德学者(Rhode Scholar)的身份在英国剑桥取得物理博士学位,现在是哥伦比亚大学的终身教授,他的研究方向是理论物理的“弦理论”,是弦理论阵营的重要成员。除了学术上的建树,格林博士还写科普畅销书和剧本,他跟音乐家Philip Glass合作写了一出科普音乐剧,畅销书《美妙的宇宙》(An Elegant Universe)被拍成了电视纪录片,由格林本人表演解说。说到表演,格林在剑桥就热衷表演,他继承了父亲的表演基因,在大众面前挥洒自如,甚至在肥皂剧《大爆炸》中出演了一个角色。“多重职业”成为全球新趋势,格林博士就是一个有力的说明,谁说只有演艺和体育出明星,科学家也可以星光灿烂。


分享会以问答形式展开,先是回答主持人的问题,然后观众自由提问。传统偏见把科学家想象为不修边幅的迂腐学究,“茶壶倒饺子”般地不善言辞,格林博士却是风流倜傥极擅表达,他能迅速准确地理解别人的问题,简单精炼地做出回答,脑子那叫一个快啊。他善于用形象的比喻,毕竟听众为普罗大众。比如说多维空间的问题,如果说宇宙空间为多维,为什么我们生活的三维空间那么恰好适合于地球生物的生存呢?格林举了一个例子,儿子很小的时候有一次买鞋,店员到后面拿出儿子的号码一试正好合适。儿子感叹自己真幸运,店里只有一双鞋正好适合于自己。格林的论点是儿子那时不知道店铺后面的货架上有各种号码,只拿出来一双对他合适的,我们对宇宙的认识还在孩童阶段,不知道宇宙有多少纬度,其它维度里是个什么情形,我们只能感知三维立体加一维时间。他还讲了一个笑话,女儿三岁时对她说:“爸爸爱你胜过宇宙的一切”,女儿更正他:“不是宇宙,是多元宇宙”(英语的宇宙和多元宇宙只是前缀不同,分别表示单一和多重 Universe / Multiverse),看来教授家经常讨论宇宙的多元性,连三岁的孩子都耳濡目染了。关于三维之外的维度我直觉认为是存在的,那是鬼神灵性的活动空间,只是不易被我们感知到而已。


一个观众提了科学和宗教的问题,格林的回答非常有意思。献身科学的最原始动力是对未知事物的好奇心,他想知道世间万物是怎样一种规律,越探索越觉得神奇,这神奇背后的推动力是什么,每个人有不同的解释,对于格林本人,他没有把这种神奇理解为人性化上帝的需要,但他不反对别人有这个需要,而且这种供需对那些人是灵验的。格林说科学不能解释一切,不能解释诸多社会问题,科学着眼于“如何(how)”而不是“为何(why)”。他列举基督教、犹太教、穆斯林教,但没有提到佛教,查到一篇文章说格林曾研究佛教,他对佛教概念的“存在”很感兴趣。


53岁的格林说他将继续弦理论的研究,同时将继续科学的大众普及工作。格林博士美丽的夫人Tracy是ABC电视台的电视制片人,曾四次获得Emmy纪录片奖,夫妇俩2008年发起了“世界科学节”,意在让普通大众了解最前沿的科学成果。格林博士的条件得天独厚,他有知识、有资格、有形象、有口才、有演技、有媒体资源、有专业贤内助,能教书、能写作,最重要的是他有这个志向:“这样奇妙的科学世界普通大众却无法接近,对我来说是个悲剧”,加油!格林博士,我的这篇中文文章是对你的支持。
玛格丽特,哥本哈根,物理学家,二次大战,话剧演出 多元宇宙弦理论,对撞黑洞引力波--《再济沧海》(39) 玛格丽特,哥本哈根,物理学家,二次大战,话剧演出 多元宇宙弦理论,对撞黑洞引力波--《再济沧海》(39) image.png
推广普及高深的科学知识的方法是讲故事,而不是演示数学推算。奇妙的弦理论是如何深入浅出的呢?近代物理有两大分支,爱因斯坦的广义相对论和量子力学,广义相对论应用对象是浩渺宇宙的时空和引力,研究对象是银河、星际、黑洞等等;量子力学研究的是微观世界,是原子、质子、中子、电子及更小的粒子等等,两套理论能完美地解释各自对象,但互相应用时则完全解释不通,量子力学无法解释引力。爱因斯坦花了几十年时间解决这个问题,想找出放之四海而皆准的宇宙定律,他最终也没有找到。弦理论能完美地解释广义相对论和量子力学,如果这个理论是正确的,爱因斯坦没有完成的夙愿就实现了。

弦理论认为微观世界的粒子可以再细分下去,最终单元是目前技术无法探测到的一个个小的“能量弦”,能量弦以不同的方式振动产生各种粒子,其中的一个解“无质量粒子”符合广义相对论的引力规律,即为“引力子”,我们的世界就是能量弦振动而奏出的交响乐章。上世纪六十年代一个意大利物理学家偶然发现能够完美诠释原子核内粒子间强大束缚力的方程式,符合方程式属性的物理现象是一段可以振动扭曲的“弦”,弦理论由此得名。一时间科学家趋之若鹜地研究弦理论,互相独立地发展出五个彼此互不相让的分支,直到一个天才的数学家用新的“M理论”成功地解释了五个分支,才给弦理论注入了新的生命。

弦理论是数学探险的结果,是纯理论的。美妙的弦理论是有代价的,它必须在多维空间才能成例,目前实验物理手段无法证明弦的存在,弦理论也无法预测任何可能发生的物理现象。任何假设只有被证实了才是科学,无法证实的只能说是哲学;同样,无法被证伪,假设就继续存在,因此弦理论在一定时间内是安全的。

与弦理论的不可证明不能预测相反,引力波是可预测可检测的,爱因斯坦一百年前就预测出引力波的存在。牛顿力学阐述万有引力是恒定即时的,但广义相对论预测,两个天体比如说黑洞之间的引力在可变的时空中以波的形式向外发散传播,引力波的传播造成能量损失,两个黑洞越来越近,最后相撞,这次发现的引力波是距离地球13亿光年的两个黑洞相撞而发出的。


检测引力波用的激光干涉仪(LIGO)的关键是检测手段的精密度,简单原理为一束激光被折射一分为二呈直角传播4公里,尽头被反光镜反射后与入射波叠加,在受到外力时便有干扰波形。引力波非常弱,如何保证检测到的不是噪音呢?美国在西北的华盛顿州和南部的路易斯安那州各有一座观测仪,只有两台同时检测到完全相同的干扰波形时才有可能是真正的引力波信号。格林博士透露观测台有两个工作人员时不时地人为输入干扰信号来确保仪器正常,2015年9月14日就检测到了引力波信号,直到2016年2月11日才发布,就是谨慎再谨慎地排除所有误检测可能。


证实引力波的存在是物理史上的一件大事,引力波可以穿透阻碍光波和电磁波的物质,它的发现使人类探测宇宙又多了一个工具。


2016年3月22日于卧龙岗

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发表于 2016-3-24 08:42 来自手机 | 显示全部楼层
谢谢分享,让我对对物理也有了兴趣。
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发表于 2016-5-9 10:51 | 显示全部楼层
我个人觉得M理论最终还是要回归佛教
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